JPH099540A - 磁石回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヨークの外周部に磁石を装着し、前記磁石の
外周部に金属管を嵌着して構成する磁石回転子の製造方
法において、渦電流損失を低減するために金属管に溝を
設けるに際し、容易且つ精度良好で量産性に優れた製造
方法を提供する。 【構成】 刃物状の先端部を有するローラー２１によっ
て、金属管３ｅの外周部を押圧して塑性変形させること
により凹溝２５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インナーロータ型の電
動機に用いられる永久磁石を装着した回転子に関し、特
に耐遠心力のための保覆部材によって磁石を保護してな
る回転子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉型圧縮機等に使用される磁石回転子
は、遠心力によって磁石が飛散しないための補強と、磁
石粉等が回転子外部へ漏れないための密閉とを目的とし
て、保護部材によって回転子の外周部と軸方向両端部を
それぞれ覆って構成される。

【０００３】図４及び図５を用いて上記回転子の構造を
説明する。この回転子は、厚肉円筒形のヨーク１の外周
部に瓦状の磁石２を複数個配置し、この磁石２の外周部
に薄肉の金属管３ａを嵌着し、一方磁石２の軸方向両端
には端板４ａ，４ａを装着して構成されている。

【０００４】ヨーク１は、中心部に軸孔６を有し、一般
に円形薄鉄板を多数積層してカシメクランプ部７によっ
て薄鉄板相互をかしめて固着することにより形成され
る。磁石２はフェライト等の硬質磁性材により形成され
た瓦状片よりなり、これを複数個略等配状に配置して、
金属管３ａの締め付けによって固定する。磁石２の材質
としては、この他に希土類等が用いられることもあり、
また形状としては、平面断面がカマボコ状のもの等も用
いられる。

【０００５】金属管３ａは、耐遠心力のための補強と外
周部の密封を行うものであり、引張強度に優れ且つ非磁
性体のものが適するため、一般にオーステナイト系ステ
ンレス鋼等が用いられ、図７に示すように、板状素材を
丸めて溶接部１０にて溶接することによって管状の素管
３ｃを形成し、これを拡管成形等によって所定内径に仕
上げた後、焼きばめまたは圧入またはその両方の組み合
わせによって磁石２の外周部に嵌着する。端板４ａは、
磁石２の軸方向両端部を密閉するものであり、金属製の
円形平板が使用される。端板４ａと金属管３ａとはすき
ま嵌合となっており、端板４ａとヨーク１とはそれぞれ
の内部を軸方向に貫通する複数のクランプピン５によっ
て相互が固定されている。尚、９は金属管３ａの端部を
内径側へ折り曲げて形成した折り曲げ部であり、このよ
うな折り曲げ部９を設けることにより、端板４ａとの隙
間を小さくして密閉効果を向上させ、同時に金属管３ａ
の抜け止めを図っている。

【０００６】また、金属管と磁石とをすきま嵌合する場
合は、図６に示すように、金属管３ｂの端部に端板４
ｂ，４ｂをかぶせて金属管３ｂの抜け止めを行い、必要
に応じて磁石２の相互間の隙間８（図４参照）等に樹脂
あるいはダイキャスト金属等を充填して磁石２を固定し
て構成する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の回転子にお
いては、電動機固定子のスロットリップルに起因する空
間高調波成分、あるいはＰＷＭ型インバータ電源の電流
波形中の時間高調波成分によって、電動機の運転に伴っ
て金属管３ａ，３ｂに渦電流が発生するため、この渦電
流による損失が電動機の効率を低下させている。この損
失を低減する例として、特公昭６３−２６６２３号公報
に開示される構成が提案されている。これは金属管３
ａ，３ｂにスリットを設けて渦電流の通路が細分化され
るようにした構成であるが、磁石２の密封が必要とされ
る用途には使用できないといった欠点や、前記スリット
によって金属管の耐遠心力強度が低下するといった欠点
が存在する。

【０００８】上記問題点を解決するものとして、本出願
人が先に出願した特願平６−７２４２８号に示される回
転子がある。この構成は、金属管の内外周面の一方また
は両方に塑性変形による凹凸部を設けるものであり、図
８及び図９によって具体的に説明すると、先ず、金属管
３ｄを図８に示す成形装置にセットする。この成形装置
は、環状に配置されたテーパ状の内径を有する押圧治具
１５と、この押圧治具１５の内側に嵌入されたテーパピ
ン２０と、金属管３ｄに外嵌された外コレット１８と、
この外コレット１８をテーパ面によって保持するコレッ
トホルダ１９とによって構成され、テーパピン２０を図
８の紙面に垂直な方向にスライドさせると、テーパピン
２０のテーパ状の外周面と摺接する押圧治具１５の内周
部が外径方向へ押圧されて押圧治具１５が拡開し、押圧
治具１５の外周面によって金属管３ｄの内周面が押圧を
受けるように構成されている。

【０００９】上記押圧治具１５の外周面には、図９に示
すような凹凸部１６，１７が設けてあり、押圧治具１５
の拡開時にこの凹凸部１６，１７によって金属管３ｄの
内周部は塑性変形を受ける。このとき、金属管３ｄの外
周部１３は外コレット１８によって規制されているた
め、金属管３ｄの内周は、素管時の内周１４を境にして
凹部１１と膨出した凸部１２とを生じることになる。

【００１０】凹凸状の塑性変形部分が設けられた金属管
３ｄ内には、磁石２の外周部に嵌着されて電動機として
運転されるとき、主に高調波磁束による渦電流が発生す
るが、凹凸部１１，１２の存在によって特に薄肉厚Ｔ２
の部分で渦電流が流れ難くなり、この結果渦電流のルー
プは細分化されることになる。即ち、図９において、金
属管３ｄの各凸部１２の部分に細分化された渦電流のル
ープが生じることになる。一方、肉厚Ｔ２を有する凹部
１１の部分にはループの大きな渦電流が生じるが、成形
前の均一肉厚Ｔ１を有する金属管と比較して、渦電流の
絶対値は格段に小さなものとなる。これらの結果、渦電
流損失が大幅に低減され、同時に磁石の密封性も損なわ
れることなく、密閉型圧縮機等に好適な磁石回転子形成
できるものである。

【００１１】しかし、ここで問題となることは、図８及
び図９に示す製造方法は、金属管の全域にわたって同時
に押圧して成形を施すものであるため、押圧面積がかな
り大きくなって多大な加圧力が必要とされる点であり、
この結果、プレス装置などが大型化して設備コストがか
かる上、金属管に生じる歪が大きくなって精度的、品質
的に不安定であるといった新たな課題が生じた。

【００１２】また、金属管を押圧して凹部１１を設ける
ことにより、金属管の肉が径方向へ膨出して逃げ、図９
に示す凸部１２を生じるため、金属管の径方向の厚さが
厚くなって、電動機として組み立てるとき、金属管の内
径側に配置される磁石と、外径側に配置される固定子と
の磁気的ギャップが大きくなって、電動機の効率向上の
妨げとなってしまう欠点がある。これに対する処置とし
て、使用する金属管の素管として予め薄い材料を選択す
ることも考えられるが、溶接管であるために薄肉にする
と溶接強度が低下してしまい、耐遠心力の点で不良率が
増加して信頼性に欠けるため、一般に極端な薄肉材料は
使用することができない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による磁石回転子
の製造方法は、刃物状の先端部を有するローラーによっ
て金属管の外周部を押圧することにより、金属管の外周
部に塑性変形による凹溝を形成するものである。

【００１４】

【作用】刃物状のローラーが金属管を押圧する構成とな
っているため、押圧部が局部的となり、この結果、小さ
な加圧力で金属管の表面を塑性変形させることができ
る。また、ローラーは回転しながら金属管を押圧してい
くため、ローラー先端部が受ける負荷が軽減される。さ
らに、押圧による金属管の肉の逃げ場が径方向と軸方向
に分散するため、径方向への膨出を抑制することができ
る。特に、凹溝を螺旋形状に設けるようにすれば、上記
膨出を軸方向へ一層導くことができる。

【００１５】

【実施例】図１は、金属管の外周部を押圧して成形する
本発明の実施例を示している。図中３ｅは金属管であ
り、この材料としては、例えばＳＵＳ３０４等のステン
レスの板材を用い、０．３ｍｍ厚，０．４ｍｍ厚等の標
準肉厚の中から選定する。即ち先ず、図７に示すよう
に、標準肉厚の生板材を丸めて溶接部１０にて溶接して
管状に形成し、端部を所定寸法にカットして素管３ｃを
形成する。生板材は伸びに裕度があるため、容易に丸め
ることができて比較的良好な円筒を得ることができる。

【００１６】上記金属管の素管は、その内径に適合した
カラー３１を介してスピンドル２６に嵌入される。そし
てエアー通路３６から空気圧を与えることにより、スピ
ンドル２６に備えられたＯリング２８が拡開して金属管
３ｅの軸方向端部をクランプし、スピンドル２６がスピ
ンドル支え２９の軸受体３０に支持されて回転すること
によって、金属管３ｅはスピンドル２６とともに回転す
る。刃物状の先端部を有するローラー２１は、ローラー
ホルダ２３に保持されて金属管３ｅの外周部に圧接して
押圧し、金属管３ｅの回転に伴って塑性変形による所定
深さの凹溝２５を形成する。ローラーホルダ２３は、ス
ピンドル２６の回転とともに軸方向へ水平移動し、金属
管３ｅの外周部には螺旋状の凹溝２５が形成される。

【００１７】これとは別に、円筒状の先端部を有するロ
ーラー２２が、ローラーホルダ２４に保持されて金属管
３ｅの外周部に圧接して押圧し、凹溝２５間に生じた外
径方向への膨出部を押圧して、金属管を所定肉厚に矯正
する。またこのローラー２２は、ローラー２１の押圧に
よって金属管３ｅの内径部がカラー３１に抱き付くのを
直す効果も有している。上記ローラーホルダ２４もスピ
ンドル２６の回転とともに軸方向へ水平移動するように
なっている。金属管３ｅの外周部の所定域に凹溝２５が
形成されて成形工程が終了すると、Ｏリング２８の拡開
力が取り除かれ、プッシャー２７が空気圧等によって金
属管３ｅを軸方向に押し出して、金属管３ｅがスピンド
ル２６から外される。

【００１８】上記の方法で形成された金属管３ｅの拡大
断面を図２に示す。刃物状のローラー２１の押圧によっ
て所定深さの凹溝２５が形成され、このとき膨出して外
径方向へ逃げた肉は円筒状のローラー２２によって潰さ
れるため、最終的な外周面３２は滑らかに矯正されてお
り、一方、内周面３３はカラー３１によって規制されて
いたため、すきま嵌合におけるすきま分のみ若干内径側
へ膨出することになる。本発明は、ローラー２１及び２
２が金属管３ｅを成形しながら軸方向へ移動していく方
式であるため、金属管３ｅの肉の逃げ場を主に軸方向へ
導くことが可能となる。従って、金属管３ｅは成形後に
軸方向へ伸長するため、これを所定寸法にカットして回
転子に取り付けるようにする。

【００１９】凹溝２５を形成するローラー２１は、１個
に限らず、数個設けて同時に成形するように構成しても
よい。ローラー２１は成形時の金属管３ｅの回転に伴っ
てローラー自身も回転するため、ローラー先端部が受け
る負荷が少なく、また押圧部が局部的であるため、比較
的小さな加圧力で金属管の成形ができ、凹溝２５の深さ
等の精度管理が容易となり、品質的に安定した金属管が
形成できる。

【００２０】上記凹溝２５が設けられた金属管３ｅは、
次に拡管成形が施され、回転子における磁石外周部へ嵌
入するための所定の内径に仕上げられる。そしてこのよ
うに形成された金属管３ｅは、図３に示すように回転子
の磁石の外周部に嵌着される。図３の回転子は、図６に
示した形状の回転子に本発明を適用した例を示すもので
あるが、図５に示した形状のものについても同様に適用
できることは勿論である。図３に示すように、金属管３
ｅの軸方向端部の面は、均一な平面であった方が、折り
曲げ部９の形成が容易であったり、端板４ａ，４ｂとの
はめあいが良好であったりするため、金属管３ｅの端部
近傍には凹溝２５を設けないように構成するのが好まし
い。

【００２１】また、図１に示す実施例においては、金属
管３ｅの外周面に凹溝２５を設けるものについて示した
が、この凹溝２５は金属管の内周面に設けるようにして
もよい。さらに、回転子の外周部に嵌着した後の金属管
の外周部に対して、図１に示したように凹溝を設けるよ
うにしてもよく、フェライト等の磁石は圧縮強度に対し
ては比較的強いために、磁石を破損することなく凹溝を
形成することができる。

【００２２】このような回転子は、固定子内に置かれて
電動機として運転されるとき、金属管３ｅ内には主に高
調波磁束による渦電流が発生する。しかし金属管に設け
た多数の凹溝２５によって、特に薄肉厚Ｔ４の部分で渦
電流が流れ難くなり、この結果渦電流のループは細分化
されることになる。即ち、図２において、金属管３ｅの
厚肉部３４の部分に細分化された渦電流のループが生じ
ることになる。一方、肉厚Ｔ４を有する薄肉部３５の部
分にはループの大きな渦電流が生じるが、成形前の均一
肉厚Ｔ３を有する金属管と比較して、渦電流の絶対値は
格段に小さなものとなる。これらの結果、渦電流損失が
大幅に低減される。また金属管３ｅの機械的強度の面で
は、金属管が成形によって加工硬化することから、一層
の強度アップが期待できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、磁石の外周部に金属管
を嵌着して構成する回転子において、金属管の強度及び
密閉性を損なうことなく、高調波磁束に起因する金属管
内の渦電流が削減でき、電動機の効率を向上させること
ができる。

【００２４】そして上記渦電流削減のために金属管を塑
性変形させる従来提案の方法と比較して、小さな加圧力
で金属管を塑性変形させることができるため、製造装置
が小型化されて設備コストが低減される。また凹溝の深
さ等の精度管理が容易となり、品質的に安定したものが
形成でき、信頼性を著しく向上できるものである。また
ローラーと金属管とを軸方向へ相対的に移動させながら
凹溝を形成することにより、金属管が径方向へ極端に膨
出することがなく、電動機の回転子と固定子間の磁気的
ギャップが縮小されて、電動機の効率を一層向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す金属管の成形過程の部分
断面正面図。

【図２】本発明により形成された金属管の一例を示す拡
大正面断面図。

【図３】本発明により形成された回転子の一例を示す斜
視図。

【図４】回転子の構成の一例を示す平面断面図。

【図５】回転子の構成の一例を示す正面断面図。

【図６】回転子の構成の別の例を示す正面断面図。

【図７】金属管を示す斜視図。

【図８】従来の方法を説明する平面断面図。

【図９】図８のＡ−Ｂ線にて切断した拡大正面断面図。

【符号の説明】

１ ヨーク ２ 磁石 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ 金属管 ４ａ，４ｂ 端板 ５ クランプピン ６ 軸孔 １０ 溶接部 ２１，２２ ローラー ２３，２４ ローラーホルダ ２５ 凹溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヨークの外周部に磁石を装着し、前記磁
   石の外周部に金属管を嵌着して構成する磁石回転子の製
   造方法において、刃物状の先端部を有するローラーによ
   って前記金属管の外周部を押圧することにより、塑性変
   形した凹溝を形成することを特徴とする磁石回転子の製
   造方法。
2. 【請求項２】 金属管の外周部に沿って１個乃至数個の
   ローラーを配置し、これらローラーに対して前記金属管
   を相対的に回転させるとともに、前記金属管の軸方向の
   一方から他方へ向けて前記ローラーを相対的に移動させ
   て、前記金属管の外周部に螺旋状の凹溝を形成すること
   を特徴とする請求項１に記載の磁石回転子の製造方法。
3. 【請求項３】 刃物状の先端部を有するローラーとは別
   に、円筒状の先端部を有するローラーによって金属管の
   外周部に形成された凹溝間に生じる膨出部を押圧して、
   前記金属管の肉厚を矯正することを特徴とする請求項１
   または２に記載の磁石回転子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記金属管の軸方向両端部近傍には前記
   凹溝を設けないようにしたことを特徴とする請求項１乃
   至３のいずれかに記載の磁石回転子の製造方法。